EP3009717A1 - Preassembled exchangeable insert of a drill cleaning device - Google Patents

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EP3009717A1
EP3009717A1 EP15182288.9A EP15182288A EP3009717A1 EP 3009717 A1 EP3009717 A1 EP 3009717A1 EP 15182288 A EP15182288 A EP 15182288A EP 3009717 A1 EP3009717 A1 EP 3009717A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
stationary
rotating
interchangeable insert
insert according
insert
Prior art date
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Granted
Application number
EP15182288.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP3009717B1 (en
Inventor
Michael Glawion
Klaus Lang
Jens Hofmann
Rolf Johannes
Volkert Wanner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
EagleBurgmann Germany GmbH and Co KG
Original Assignee
EagleBurgmann Germany GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by EagleBurgmann Germany GmbH and Co KG filed Critical EagleBurgmann Germany GmbH and Co KG
Publication of EP3009717A1 publication Critical patent/EP3009717A1/en
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Publication of EP3009717B1 publication Critical patent/EP3009717B1/en
Not-in-force legal-status Critical Current
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Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B21/00Methods or apparatus for flushing boreholes, e.g. by use of exhaust air from motor
    • E21B21/02Swivel joints in hose-lines
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B17/00Drilling rods or pipes; Flexible drill strings; Kellies; Drill collars; Sucker rods; Cables; Casings; Tubings
    • E21B17/02Couplings; joints
    • E21B17/04Couplings; joints between rod or the like and bit or between rod and rod or the like
    • E21B17/05Swivel joints
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00Sealings
    • F16J15/16Sealings between relatively-moving surfaces

Definitions

  • the present invention relates to a preassembled replacement insert of a drilling fluid device for connecting a stationary, non-rotating flushing pipe with a rotating flushing pipe, which is embedded in a borehole.
  • wash pipe arrangements For drilling in the earth's crust, especially for raw materials, so-called “wash pipe arrangements” are used, in which a drill head is arranged at the end of a rotating tube. A flushing liquid is guided downwards through the tube into the borehole, which then emerges from the boring head and is returned to the earth's surface along the outer circumference of the rotating tube.
  • a problem area in such borehole arrangements is a seal between a stationary flushing pipe and the rotating flushing pipe.
  • a solution for sealing is, for example, a series connection of a plurality of stationary seals, such as stuffing box packings or lip ring seals.
  • a spring element is provided, which constantly applies a bias in the axial direction of the slip rings in operation.
  • the mechanical seal must be replaced after a certain time.
  • a nut-screw arrangement provided, with which the spring elements can be compressed in the axial direction to terminate the bias on the slip rings. Only then is it possible to change the seal rings. This change process is complicated and time-consuming.
  • the sliding rings are individually removed or reassembled so that there is a risk that damage to the sliding surfaces will occur during assembly.
  • the exchange insert according to the invention of a drilling fluid device for connecting a stationary flushing pipe with a rotating flushing pipe to a borehole has the advantage that a change is quick and easy. In particular, it can be avoided according to the invention that damage to the seal occurs during the exchange process.
  • the invention makes it possible to use a mechanical seal, which has a significantly longer life in comparison with the series-connected material jacks. This can minimize downtime during drilling operations.
  • This is inventively achieved in that a preassembled insert is used with a mechanical seal assembly, which can be pre-assembled in a workshop and then replaced as a complete unit on the derrick.
  • the changeover insert comprises, in addition to a stationary and rotating sliding ring, two sliding ring carriers and an adjusting mechanism with a screw connection in order to permit an extension of the dimensions of the exchange insert in the axial direction after insertion of the replacement insert into the drilling fluid device in order to achieve a connection to the stationary and rotating flushing tube , Furthermore, the preassembled exchange insert comprises a connection component for an attachment of the replacement insert to the stationary flushing pipe. The axial adjustment then takes place relatively between the connection component and the other components of the exchange insert. Thus, a change (extension and shortening) of an axial length of the exchange insert can be achieved.
  • the axial adjustment mechanism is reset for disassembly, so that the axial length of the replacement insert is shortened and the replacement insert can be removed from the area between the stationary and rotating flushing tube and can be replaced by a new preassembled replacement insert.
  • the replacement takes only a few minutes, so that the relatively higher costs for the complete replacement use are more than offset by the short replacement time.
  • Another advantage of using a changeover insert is that new secondary sealing elements can be used with each new replacement insert. This can not be achieved with an exchange of only the slip rings. This also results in a reduced maintenance requirement.
  • the Schaubharm preferably comprises an outer sleeve with an internal thread and an inner sleeve with an external thread.
  • the inner sleeve is preferably connected to the Gleitring beyond the stationary seal ring.
  • the axial length of the preassembled exchange insert can be changed by a relative adjustment between the outer sleeve and the inner sleeve via the thread, so that a secure application of the exchange insert on the stationary and rotating flushing pipe is possible.
  • disassembly can be done by shortening the axial length of the insert by relative rotation between the outer sleeve and inner sleeve.
  • the assembly / disassembly can be carried out easily by a fitter even in adverse weather conditions.
  • the second slip ring carrier has at least one projection protruding in the axial direction for torque transmission from the rotating flushing pipe to the second sliding ring carrier.
  • the second sliding ring carrier is formed in two parts with a first carrier part and a second carrier part, wherein the second carrier part is an alignment ring.
  • the alignment ring is provided to align the second seal carrier in the circumferential direction. This is necessary because a rotational force is transmitted from the rotating purge pipe via the second slip ring carrier to the rotating slip ring.
  • a positive connection is provided between the slide ring carrier of the rotating seal ring and the rotating rinsing pipe, for example by radially on the slide ring carrier outwardly and / or axially projecting projections which engage in corresponding recesses on the rotating rinsing pipe.
  • connection component preferably has a circumferential groove for a positive engagement with the stationary flushing pipe.
  • the changeover insert preferably comprises a transport lock.
  • the transport lock comprises at least one spring element in order to exert a preload on the mechanical seal assembly before final assembly of the insert.
  • the bias is applied to the slip rings in such a way that the sliding surfaces of the seal rings abut each other safely to avoid damage to the sliding surfaces.
  • the transport lock is arranged between the connection component to the stationary flushing pipe and the first Gleitring uman for holding the stationary seal ring.
  • the transport lock is further configured such that no bias is exerted on the mechanical seal in the final assembled state of the removable insert during operation.
  • the spring elements may for example have a correspondingly short length, so that no preload is exerted on the slip rings in the final assembled, axially extended state of the interchangeable insert. Due to the weight of the sliding ring and the weight of the first slide carrier, the stationary slide ring is still safe on the rotating seal ring.
  • the first Gleitring on which the stationary seal ring is disposed on its inner circumference on a shoulder.
  • the shoulder causes the medium, which is passed through the interchangeable insert with pressure, exerts pressure on the sliding rings via the shoulder, so that a secure contact of the sliding surfaces of the sliding rings is achieved.
  • the rotating and stationary sliding ring preferably has a chamfer on the inner circumference.
  • the chamfer preferably ranges from an inner circumference of the sliding rings to half of a sliding ring width. Particularly preferably, the chamfers are provided on both slide rings the same.
  • the inner sleeve of the adjusting mechanism preferably has on an inner side a guide surface for the rotating sliding ring.
  • the guide surface may be formed, for example, by providing an undercut, with a small gap between the wall of the undercut and the rotating seal ring to provide no friction between the rotating seal ring and the sleeve during operation. For smaller deflections then leads the inside of the inner sleeve, the rotating seal ring back into the non-contacting normal position.
  • the adjustment mechanism of the removable insert comprises a rotation.
  • the rotation is preferably a bolt or the like.
  • the rotation ensures that a relative position between the outer sleeve and the inner sleeve is held securely during operation.
  • the position secured by the rotation Before dismantling the rotation must of course be solved, so again a rotation between the outer sleeve and inner sleeve is possible to allow a shortening of the axial length of the exchange insert.
  • the rotation is particularly preferably a bolt with a arranged at the top of the bolt, spring-biased locking element, in particular a spring-loaded ball.
  • the locking element engages at a starting position, in which the removable insert is not yet extended axially, in a first recess on the outer sleeve. This defines a basic position of the preassembled changeover insert. During pre-assembly, a fitter can easily see when the pre-assembled position has been reached.
  • a second recess is provided on the outer sleeve, in which the latching element engages when the changeover insert during assembly has reached the axially extended final state, ie, the final assembly state.
  • an indicator for a correct position of reaching the end position of the exchange insert in the mounted state is also present.
  • the rotation lock is preferably arranged on an arm connected to the inner sleeve, wherein the outer sleeve between the arm and the inner sleeve is arranged.
  • the inner sleeve preferably has a length in the axial direction, which is greater than a length in the axial direction of the outer sleeve.
  • the inner sleeve furthermore preferably has an area which is elongated in the axial direction and which is set up for attaching a tool for adjusting the screw connection.
  • the rotating and stationary sliding ring each have a bandage.
  • the sliding rings can withstand high pressure loads.
  • the present invention relates to a Bohr Hopkins beautifully with a preassembled changeover insert according to the invention.
  • the drilling fluid device 100 comprises a derrick 101 and is set up to introduce a flushing medium from above into a borehole 106 (arrow A).
  • the Bohr Hugheseicardi 100 includes a stationary flushing pipe 102 and a rotating Spülrohr 103, at its free end a drill head 104 is arranged.
  • a flushing medium is introduced by means of a pump 105 via the stationary flushing pipe 102 into the rotating flushing pipe 103 and exits at the drill head 104.
  • the flushing medium then flows on the outer circumference of the rotating flushing pipe 103 back to the surface in a separator 107 back.
  • In the separator 107 is then from the borehole 106 purged rock and the like separated from the flushing medium, which can then be reused in a cycle.
  • a preassembled exchange insert 1 is provided, which can be completely changed. This is in Fig. 2 indicated schematically by the double arrow B.
  • the preassembled exchange insert is thereby mounted in a gap 112 between the stationary flushing pipe 102 and the rotating flushing pipe 103.
  • a first adapter 108 is provided at the free end of the stationary Spülrohrs 102 while a first adapter 108 is provided and at the opposite free end of the rotating Spülrohrs 103.
  • First and second guide arms 110, 111 are also formed on the first adapter 108, which allow easy insertion of the preassembled exchange insert 1.
  • two guide elements 10, 11 are provided on the replacement insert 1 on a connection component 5.
  • connection component 5 further comprises a circumferential groove 50 for engagement with the guide arms 110, 111.
  • the pre-assembled exchange insert 1 comprises, in particular from the Fig. 3 and 8th it can be seen, a mechanical seal assembly 2 with a stationary seal ring 20 and a rotating seal ring 21. Between the two seal rings, a sealing gap 26 is formed.
  • the stationary seal ring 20 is enclosed by a first bandage 22 and the rotating seal ring 21 is enclosed by a second bandage 23.
  • a first chamfer 24 is also provided on the inner peripheral side and provided on the rotating seal ring 21 in a mirror-image manner to the sealing gap, a second chamfer 25.
  • the two chamfers 24, 25 extend in the radial direction of the interchangeable insert and extend to the middle of the sliding rings 20, 21.
  • the interchangeable insert 1 further comprises a first slide ring carrier 3, which holds the stationary slide ring 20 and a second slide ring carrier 4, which holds the rotating slide ring 21.
  • the first slide ring carrier 3 is formed in two parts from a first carrier part 31 and a second carrier part 32. At the inner periphery of the first slide carrier 3, a shoulder 33 is also provided.
  • the second sliding ring carrier 4 is also formed in two parts with a first support member 41 and a second support member, which is an adjusting ring 42, and further comprises a plurality of extending in the axial direction X-X of the exchange insert 1 projections 43.
  • the projections 43 serve to transmit a torque from the driven, rotating flushing pipe 103 via the second adapter 109 and the second sliding ring carrier 4 onto the rotating sliding ring 21.
  • the adjusting mechanism 6 comprises an outer sleeve 61 with an internal thread 63 and an inner sleeve 62 with an external thread 64.
  • the internal thread 63 and the external thread 64 engage in one another and at a relative rotation between the outer sleeve 61 and the inner sleeve 62 is an elongation of the preassembled exchange insert in the axial direction XX of the adjusting mechanism 6.
  • Fig. 2 In this case, an initial length L1 of the preassembled exchange insert 1 is shown in the axial direction.
  • Fig. 8 shows the fully extended axial length L2, which is longer than the initial length L1 by a length L3.
  • the inner sleeve 62 covers the mechanical seal 2 in the radial direction and provides a guide surface 66 for the rotating seal ring 21 on a radial outer side of the drum 23.
  • the inner sleeve 62 also also holds the second sliding ring carrier 4 via the adjusting ring 42 of the second sliding ring carrier 4th
  • the exchange insert 1 comprises a plurality of spring elements 7, which are arranged between the connection component 5 for connection to the stationary flushing pipe 102 and the first sliding ring carrier 3.
  • Each spring element 7 is arranged around a pin 70 for guiding and positioning the spring elements.
  • the spring elements 7 are arranged in pockets 51 in the connection component 5.
  • the spring elements 7 ensure that in instructtmontmont striving state of the removable insert ( Fig. 2 . 3 and 4 ) a force F is exerted on the stationary slide ring 20 via the first slide ring carrier 3, so that the stationary slide ring 20 rests securely on the rotating slide ring 21 and the sliding surfaces come into contact (cf. Fig. 4 ).
  • the spring elements 7 exert no spring force on the mechanical seal 2 from. This is achieved, for example, by appropriate design of a length of the springs 7, so that in the final assembled state of the exchange insert 1 in the drilling fluid 100 a spring spacing 71 between one end of the spring elements 7 and the connection component 5 is present, as in Fig. 8 shown.
  • the spring elements 7 thus form a transport lock, which exerts a permanent bias in the axial direction X-X on the mechanical seal before a final final assembly of the removable insert 1.
  • a sealing element 8 is arranged between the connection component 5 and the first sliding ring carrier 3.
  • the removable insert 1 comprises a first, second, third and fourth secondary sealing element 12, 13, 14, 15.
  • the first secondary sealing element 12 seals between the connecting component 5 and the stationary flushing pipe 102
  • the second secondary sealing element 13 seals between the first sliding ring carrier 3 and the stationary seal ring 20
  • the third secondary sealing element 14 seals between the rotating seal ring 21 and the second slide ring carrier 4
  • the fourth side seal 15 seals between the second slide ring carrier 4 and the second adapter 109 to the rotating rinsing pipe 103 from.
  • the adjusting ring 42 of the second Gleitring basicallys which is rotatable from outside the preassembled exchange insert 1 by means of a tool at openings 9, allows alignment of the second Gleitring obviouslys 4 in the circumferential direction. This is necessary so that a torque transmission over in the axial direction XX protruding projections 43 from the second adapter 109 via the second slide ring carrier 4 on the rotating seal ring 21 is possible. This process is in the Fig. 5 and 6 seen.
  • the second adapter 109 has recesses 44 formed corresponding to the projections 43, so that a positive connection between the second adapter 109 and the adjusting ring 42 is possible.
  • an anti-rotation 16 is further provided.
  • the anti-rotation device 16 of this embodiment is a bolt which fixes a relative position between the outer sleeve 61 and the inner sleeve 62.
  • the bolt comprises a spring-biased ball, which is locked in the not yet final mounted position in a first recess 67 on the outer circumference of the outer sleeve 61 ( Fig. 3 ).
  • the rotation lock is arranged on a connected to the inner sleeve arm 69, so that the outer sleeve 61 between the arm 69 and the inner sleeve is arranged (see. Fig.
  • the ball In the fully final mounted position ( Fig. 7 ), the ball is locked in a second recess 68 on the outer sleeve 61, which serves as an indicator for reaching the end position of the extended in the axial direction changeover insert.
  • the two recesses 67, 68 are arranged on the circumference of the outer sleeve 61 by approximately one quarter turn between inner sleeve and outer sleeve.
  • the replacement insert Since, according to the invention, the replacement insert is preassembled, the replacement insert can be completely pre-assembled in a workshop without any problem. In this case, all secondary sealing elements 12, 13, 14, 15 can be replaced in a simple manner.
  • the transport securing means of the spring elements 7 ensures that during the Transports and installation until shortly before reaching a final installation position always a bias on the seal rings 20, 21 is applied, so that the sliding surfaces of the seal rings fit tightly against each other and damage to the sliding surfaces can be avoided. According to the invention can thus be made possible in a simple and fast way a complete change of the exchange insert with mechanical seal.
  • This new new secondary sealing elements can be used with each replacement of the replacement insert, which results in a reduced maintenance requirements and a longer duration of use of the exchange insert.
  • a new replacement insert and the spring elements 7 can be replaced, if necessary. Since the spring elements 7 are arranged in the pockets 51, however, they are very well protected against the pumped medium, so that a change of the spring elements 7 is often not necessary.
  • This inserted position is in Fig. 3 shown.
  • a first distance 80 between an end face of the connection component 5 and an end face of the first adapter 108, which is arranged on the stationary flushing pipe 102, is present (cf. Fig. 3 ).
  • this first distance 80 is eliminated by extending the first adapter 108 in the axial direction XX of the interchangeable insert (FIG. Fig. 3 ).
  • the first adapter 108 comprises an outer ring 118 and an inner ring 128, between which a thread 129 is present, so that by rotating at least one of the rings, the inner ring 128 comes into contact with the connection component 5.
  • This position is in Fig. 4 shown.
  • a connection between the preassembled exchange insert 1 and the stationary flushing pipe 102 via the first adapter 108 is present. Since the connection is static, the first secondary sealing element 12 suffices for sealing.
  • the axial length L1 of the preassembled interchangeable insert has not yet been changed.
  • a connection is now made between the preassembled exchange insert 1 and the rotating flushing pipe 103.
  • the adjusting mechanism 6 is actuated, in which the inner sleeve 62 is rotated relative to the outer sleeve 61.
  • the inner sleeve 62 in this case also has an area exposed to the outside, in which a plurality of recesses 65 are provided for applying a tool.
  • the inner sleeve 62 is thereby rotated relative to the outer sleeve 61 until the in Fig. 5 shown position is reached.
  • the inner sleeve 62 of the adjusting mechanism 6 is further rotated relative to the outer sleeve 61, so that a further elongation of the removable insert 1 in the axial direction XX takes place until the connecting end position, which in Fig. 7 and 8th is shown reached (axial length L2).
  • Fig. 8 also shows the preassembled exchange insert in the connecting end position, for clarity, the first and second adapters 108, 109 of the stationary and rotating flushing pipe are not shown.
  • the spring elements 7 can relax completely, so that the in Fig. 8 shown spring spacing 71 between the free end of the spring element 7 and the connection component 5 is present. In operation, the pressure on the slip rings is then built up via the shoulder 33.
  • the spring elements can also be designed so that no spring distance to the connection component 5 is present, but no spring force acts more between the connection component 5 and the first slide ring carrier 4.
  • the spring elements 7 are arranged in correspondingly formed pockets 51 in the connection component 5.
  • the anti-rotation 16 is then activated for fixing a relative position between the outer sleeve 61 and the inner sleeve 62 of the adjusting mechanism 6.
  • the ball locks the rotation in the second recess 68 a.
  • the fitter has an indicator that the replacement insert has been extended to the correct axial length L2.
  • the Bohr Hopkins coupled 100 is ready for use again.
  • the changeover insert 1 thus has an axial length extended by the length L3, starting from the axial length L1 (FIG. Fig. 2 ) to the axial length L2 ( Fig. 8 ) on.
  • the interchangeable insert 1 may allow the use of slip rings as a seal in a drilling mud device 100, so that in comparison with the prior art a significantly longer life of the seal between the rotating and stationary flushing pipe is achieved.
  • the handling of the interchangeable insert can be carried out by a single mechanic.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen vormontierten Wechseleinsatz einer Bohrspüleinrichtung zum Verbinden eines stationären Spülrohrs mit einem rotierenden Spülrohr eines Bohrlochs, umfassend eine Gleitringdichtungsanordnung (2) mit einem stationären Gleitring (20) und einem rotierenden Gleitring (21), einen ersten Gleitringträger (3), an welchem der stationäre Gleitring (20) angeordnet ist, einen zweiten Gleitringträger (4), an welchem der rotierende Gleitring (21) angeordnet ist, ein Anschlussbauteil (5), welches eingerichtet ist, den Wechseleinsatz an das stationäre Spülrohr anzubinden, und einen in Axialrichtung (X-X) wirkenden Verstellmechanismus (6) mit einer Schraubverbindung (60) zur Änderung einer Axiallänge (L1, L2) des Wechseleinsatzes, wobei die Schraubverbindung (60) mit dem zweiten Gleitringträger (4) verbunden ist, um in Axialrichtung (X-X) eine Verstellung des zweiten Gleitringträgers (4), der Gleitringdichtungsanordnung (2) und des ersten Gleitringträgers (3) relativ zum Anschlussbauteil (5) zu ermöglichen.

Figure imgaf001
The invention relates to a preassembled replacement insert of a drilling fluid device for connecting a stationary flushing pipe to a rotating flushing pipe of a borehole, comprising a mechanical seal arrangement (2) with a stationary sliding ring (20) and a rotating sliding ring (21), a first sliding ring carrier (3) on which the stationary sliding ring (20) is arranged, a second sliding ring carrier (4), on which the rotating sliding ring (21) is arranged, a connection component (5), which is adapted to connect the replacement insert to the stationary flushing pipe, and one in the axial direction ( XX) acting adjusting mechanism (6) with a screw (60) for changing an axial length (L1, L2) of the removable insert, wherein the screw (60) with the second Gleitringträger (4) is connected to the axial direction (XX) an adjustment of the second slide ring carrier (4), the mechanical seal assembly (2) and the first slide carrier (3) rela tively to the connection component (5).
Figure imgaf001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen vormontierten Wechseleinsatz einer Bohrspüleinrichtung zum Verbinden eines stationären, nicht drehenden Spülrohrs mit einem rotierenden Spülrohr, welches in ein Bohrloch eingelassen ist.The present invention relates to a preassembled replacement insert of a drilling fluid device for connecting a stationary, non-rotating flushing pipe with a rotating flushing pipe, which is embedded in a borehole.

Für Bohrungen in der Erdkruste, insbesondere nach Rohstoffen, werden sog. "wash pipe-Anordnungen" verwendet, bei denen ein Bohrkopf am Ende eines rotierenden Rohres angeordnet ist. Durch das Rohr wird von oben eine Spülflüssigkeit nach unten in das Bohrloch geführt, welche dann am Bohrkopf austritt und entlang des Außenumfangs des rotierenden Rohrs wieder zur Erdoberfläche zurückgeführt wird. Ein Problemkreis bei derartigen Bohrlochanordnungen ist eine Abdichtung zwischen einem stationären Spülrohr und dem rotierenden Spülrohr. Um insbesondere aus Umweltgesichtspunkten jegliche Undichtigkeiten an dieser Abdichtung zwischen stationärem und rotierendem Spülrohr zu vermeiden, werden möglichst konservative Lösungen eingesetzt. Eine Lösung zur Abdichtung ist beispielsweise eine Reihenschaltung einer Vielzahl von stationären Dichtungen, beispielsweise Stopfbuchsenpackungen oder Lippenringdichtungen. Bei Ausfall einer dieser stationären Dichtungen sichert dann die nachfolgende stationäre Dichtung ab. Aufgrund der hohen Belastungen beim Bohren ist die Lebensdauer der einzelnen stationären Dichtungen jedoch sehr gering. Hierdurch ist es notwendig, dass die stationären Dichtungen nach einem kurzen Zeitraum ausgetauscht werden müssen. Dies führt jedoch zu einem Stillstand der Bohranlage und somit zu hohen Kosten. Da die stationären Dichtungen einzeln über die Rohrteile gestülpt werden müssen, ist auch der Wechselaufwand sehr hoch. Weiterhin ist aus der EP 1 630 347 B1 eine Abdichtung zwischen einem rotierenden und einem stationären Rohr bekannt, welche eine Gleitringdichtung verwendet. Gleitringdichtungen haben grundsätzlich den Vorteil einer längeren Lebensdauer, solange eine Beschädigung der Gleitflächen vermieden werden kann. Um die Gleitflächen dieser Gleitringdichtung möglichst immer in Anlage zueinander zu halten, ist ein Federelement vorgesehen, welches im Betrieb ständig eine Vorspannung in Axialrichtung auf die Gleitringe aufbringt. Aufgrund der hohen Belastungen beim Bohren muss die Gleitringdichtung jedoch auch nach einer gewissen Zeit gewechselt werden. Hierzu ist dann eine Mutter-Schrauben-Anordnung vorgesehen, mit welcher die Federelemente in Axialrichtung zusammengedrückt werden können, um die Vorspannung auf die Gleitringe zu beenden. Erst dann ist ein Wechsel der Gleitringe möglich. Dieses Wechselverfahren ist aufwendig und zeitintensiv. Weiterhin werden die Gleitringe einzeln entnommen bzw. wieder montiert, so dass die Gefahr besteht, dass während der Montage Beschädigungen an den Gleitflächen auftreten. Hierbei muss insbesondere beachtet werden, dass die Abdichtung zwischen rotierendem und stationärem Spülrohr in einer Glocke eines Bohrturms in mehreren Metern Höhe angeordnet ist und insbesondere externe Einflüsse wie Wetter und Temperatur den Wechselvorgang negativ beeinflussen können, da insbesondere an immer unwirtlicheren Stellen, z.B. auf hoher See und in kalten Regionen der Erde gebohrt wird. Von daher muss der Wechsel trotz möglicherweise äußerst widriger Außenumstände mit größter Vorsicht vorgenommen werden, um Beschädigungen der Gleitflächen zu vermeiden. Dies führt ebenfalls zu einem langen und aufwendigen Wechselprozess.For drilling in the earth's crust, especially for raw materials, so-called "wash pipe arrangements" are used, in which a drill head is arranged at the end of a rotating tube. A flushing liquid is guided downwards through the tube into the borehole, which then emerges from the boring head and is returned to the earth's surface along the outer circumference of the rotating tube. A problem area in such borehole arrangements is a seal between a stationary flushing pipe and the rotating flushing pipe. In order to avoid any leaks in this seal between stationary and rotating flushing pipe, particularly from an environmental point of view, the most conservative possible solutions are used. A solution for sealing is, for example, a series connection of a plurality of stationary seals, such as stuffing box packings or lip ring seals. In case of failure of one of these stationary seals then secures the subsequent stationary seal. Due to the high loads during drilling, however, the service life of the individual stationary seals is very low. This makes it necessary that the stationary seals must be replaced after a short period of time. However, this leads to a standstill of the drilling rig and thus to high costs. Since the stationary seals must be individually slipped over the pipe parts, the exchange effort is very high. Furthermore, from the EP 1 630 347 B1 a seal between a rotating and a stationary tube known which uses a mechanical seal. Mechanical seals basically have the advantage of a longer service life, as long as damage to the sliding surfaces can be avoided. In order to keep the sliding surfaces of this mechanical seal as possible in contact with each other, a spring element is provided, which constantly applies a bias in the axial direction of the slip rings in operation. However, due to the high loads during drilling, the mechanical seal must be replaced after a certain time. This is then a nut-screw arrangement provided, with which the spring elements can be compressed in the axial direction to terminate the bias on the slip rings. Only then is it possible to change the seal rings. This change process is complicated and time-consuming. Furthermore, the sliding rings are individually removed or reassembled so that there is a risk that damage to the sliding surfaces will occur during assembly. It must be noted in particular that the seal between rotating and stationary flushing pipe is arranged in a bell of a derrick several meters in height and in particular external influences such as weather and temperature can negatively affect the change process, especially in increasingly inhospitable places, eg on the high seas and being drilled in cold regions of the earth. Therefore, the change must be made with great caution, despite possibly extremely adverse external circumstances, in order to avoid damage to the sliding surfaces. This also leads to a long and laborious change process.

Ferner ist aus der US 4,557,489 eine Abdichtung mit Gleitringen bekannt, welche druckausgeglichen ist. Hierzu sind entweder in den Gleitringen Bohrungen in Radialrichtung vorgesehen, welche zum äußeren Umfang der Gleitringe für einen Druckausgleich führen oder in Gleitringhalterungen Bohrungen vorgesehen, welche zum äußeren Umfang der Gleitringe führen, um den Druckausgleich bereitzustellen. Bei einer Beschädigung der Dichtung müssen die Gleitringe separat gewechselt werden.Furthermore, from the US 4,557,489 a seal with slip rings known, which is pressure balanced. For this purpose, holes are provided either in the sliding rings in the radial direction, which lead to the outer periphery of the seal rings for pressure equalization or provided in Gleitringhalterungen holes which lead to the outer periphery of the seal rings to provide the pressure compensation. If the seal is damaged, the seal rings must be replaced separately.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abdichtung zwischen einem rotierenden und einem stationären Spülrohr bereitzustellen, welche bei einfachem und kostengünstigem Aufbau insbesondere einen schnellen und sicheren Wechsel der Dichtung ermöglicht.It is therefore an object of the present invention to provide a seal between a rotating and a stationary flushing pipe, which allows a simple and inexpensive construction in particular a quick and secure change of the seal.

Diese Aufgabe wird durch einen vormontierten Wechseleinsatz mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.This object is achieved by a preassembled exchange insert with the features of claim 1. The dependent claims show preferred developments of the invention.

Der erfindungsgemäße Wechseleinsatz einer Bohrspüleinrichtung zum Verbinden eines stationären Spülrohrs mit einem rotierenden Spülrohr an einem Bohrloch weist demgegenüber den Vorteil auf, dass ein Wechsel schnell und einfach möglich ist. Insbesondere kann erfindungsgemäß vermieden werden, dass während des Wechselvorgangs Beschädigungen der Dichtung auftreten. Die Erfindung ermöglicht es dabei, eine Gleitringdichtung zu verwenden, welche im Vergleich mit dem in Reihe geschalteten Stoffbuchsen eine deutlich längere Lebensdauer aufweist. Hierdurch können Stillstandszeiten während der Bohrvorgänge minimiert werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass ein vormontierter Wechseleinsatz mit einer Gleitringdichtungsanordnung verwendet wird, welcher in einer Werkstatt vormontiert werden kann und dann als komplette Einheit am Bohrturm ausgetauscht werden kann. Der Wechseleinsatz umfasst erfindungsgemäß neben einem stationären und rotierendem Gleitring zwei Gleitringträger sowie einen Verstellmechanismus mit einer Schraubverbindung, um nach einem Einsetzen des Wechseleinsatzes in die Bohrspüleinrichtung eine Verlängerung der Abmessungen des Wechseleinsatzes in Axialrichtung zu ermöglichen, um einen Anschluss an das stationäre und rotierende Spülrohr zu erreichen. Weiter umfasst der vormontierte Wechseleinsatz ein Anschlussbauteil für einen Anschuss des Wechseleinsatzes an das stationäre Spülrohr. Die Axialverstellung erfolgt dann relativ zwischen dem Anschlussbauteil und den anderen Bauteilen des Wechseleinsatzes. Somit kann eine Änderung (Verlängerung und Verkürzung) einer Axiallänge des Wechseleinsatzes erreicht werden. Bei einer Beschädigung der Dichtung wird zur Demontage der axiale Verstellmechanismus wieder zurückgestellt, so dass sich die Axiallänge des Wechseleinsatzes verkürzt und der Wechseleinsatz aus dem Bereich zwischen dem stationären und rotierenden Spülrohr entnommen werden kann und durch eine neuen vormontierten Wechseleinsatz ausgetauscht werden kann. Der Austausch dauert dabei nur wenige Minuten, so dass die relativ höheren Kosten für den kompletten Wechseleinsatz durch die kurze Austauschzeit mehr als ausgeglichen werden. Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines Wechseleinsatzes liegt darin, dass bei jedem neuen Wechseleinsatz immer neue Nebendichtelemente verwendet werden können. Dies kann bei einem Austausch von lediglich den Gleitringen nicht erreicht werden. Auch hierdurch ergibt sich ein reduzierter Wartungsbedarf.The exchange insert according to the invention of a drilling fluid device for connecting a stationary flushing pipe with a rotating flushing pipe to a borehole, in contrast, has the advantage that a change is quick and easy. In particular, it can be avoided according to the invention that damage to the seal occurs during the exchange process. The invention makes it possible to use a mechanical seal, which has a significantly longer life in comparison with the series-connected material jacks. This can minimize downtime during drilling operations. This is inventively achieved in that a preassembled insert is used with a mechanical seal assembly, which can be pre-assembled in a workshop and then replaced as a complete unit on the derrick. The changeover insert according to the invention comprises, in addition to a stationary and rotating sliding ring, two sliding ring carriers and an adjusting mechanism with a screw connection in order to permit an extension of the dimensions of the exchange insert in the axial direction after insertion of the replacement insert into the drilling fluid device in order to achieve a connection to the stationary and rotating flushing tube , Furthermore, the preassembled exchange insert comprises a connection component for an attachment of the replacement insert to the stationary flushing pipe. The axial adjustment then takes place relatively between the connection component and the other components of the exchange insert. Thus, a change (extension and shortening) of an axial length of the exchange insert can be achieved. If the seal is damaged, the axial adjustment mechanism is reset for disassembly, so that the axial length of the replacement insert is shortened and the replacement insert can be removed from the area between the stationary and rotating flushing tube and can be replaced by a new preassembled replacement insert. The replacement takes only a few minutes, so that the relatively higher costs for the complete replacement use are more than offset by the short replacement time. Another advantage of using a changeover insert is that new secondary sealing elements can be used with each new replacement insert. This can not be achieved with an exchange of only the slip rings. This also results in a reduced maintenance requirement.

Um einen einfachen Montagevorgang und Demontagevorgang des vormontierten Wechseleinsatzes in der Bohrspüleinrichtung zu ermöglichen, umfasst die Schaubverbindung bevorzugt eine Außenhülse mit einem Innengewinde und eine Innenhülse mit einem Außengewinde. Die Innenhülse ist dabei bevorzugt mit dem Gleitringträger des stationären Gleitrings verbunden. Somit kann durch eine Relativverstellung zwischen der Außenhülse und der Innenhülse über das Gewinde die Axiallänge des vormontierten Wechseleinsatzes geändert werden, so dass ein sicheres Anlegen des Wechseleinsatzes am stationären und rotierenden Spülrohr möglich ist. In gleicher Weise kann eine Demontage durch Verkürzen der Axiallänge des Wechseleinsatzes durch relatives Verdrehen zwischen Außenhülse und Innenhülse erfolgen. Dadurch kann die Montage/Demontage auch bei widrigen Witterungsverhältnissen von einem Monteur problemlos ausgeführt werden.In order to enable a simple assembly process and disassembly process of the preassembled replacement insert in the Bohrspüleinrichtung, the Schaubverbindung preferably comprises an outer sleeve with an internal thread and an inner sleeve with an external thread. The inner sleeve is preferably connected to the Gleitringträger the stationary seal ring. Thus, the axial length of the preassembled exchange insert can be changed by a relative adjustment between the outer sleeve and the inner sleeve via the thread, so that a secure application of the exchange insert on the stationary and rotating flushing pipe is possible. In the same way disassembly can be done by shortening the axial length of the insert by relative rotation between the outer sleeve and inner sleeve. As a result, the assembly / disassembly can be carried out easily by a fitter even in adverse weather conditions.

Zur sicheren rotierenden Mitnahme weist der zweite Gleitringträger wenigstens einen in Axialrichtung vorstehenden Vorsprung für eine Drehmomentübertragung vom rotierenden Spülrohr auf den zweiten Gleitringträger auf.For safe rotating entrainment, the second slip ring carrier has at least one projection protruding in the axial direction for torque transmission from the rotating flushing pipe to the second sliding ring carrier.

Weiter bevorzugt ist der zweite Gleitringträger zweiteilig mit einem ersten Trägerteil und einem zweiten Trägerteil ausgebildet, wobei der zweite Trägerteil ein Ausrichtring ist. Der Ausrichtring ist vorgesehen, um den zweiten Gleitringträger in Umfangsrichtung auszurichten. Dies ist notwendig, da eine Rotationskraft vom rotierenden Spülrohr über den zweiten Gleitringträger auf den rotierenden Gleitring übertragen wird.More preferably, the second sliding ring carrier is formed in two parts with a first carrier part and a second carrier part, wherein the second carrier part is an alignment ring. The alignment ring is provided to align the second seal carrier in the circumferential direction. This is necessary because a rotational force is transmitted from the rotating purge pipe via the second slip ring carrier to the rotating slip ring.

Bevorzugt ist zwischen dem Gleitringträger des rotierenden Gleitrings und dem rotierenden Spülrohr eine formschlüssige Verbindung vorgesehen, beispielsweise durch am Gleitringträger radial nach außen und/oder axial vorstehende Vorsprünge, welche in entsprechende Ausnehmungen am rotierenden Spülrohr eingreifen. Dadurch kann eine Ausrichtung in Umfangsrichtung schnell und einfach auch bei schwierigsten Bedingungen ermöglicht werden.Preferably, a positive connection is provided between the slide ring carrier of the rotating seal ring and the rotating rinsing pipe, for example by radially on the slide ring carrier outwardly and / or axially projecting projections which engage in corresponding recesses on the rotating rinsing pipe. As a result, alignment in the circumferential direction can be made possible quickly and easily even under the most difficult conditions.

Das Anschlussbauteil weist bevorzugt eine Umfangsnut für einen formschlüssigen Eingriff mit dem stationären Spülrohr auf.The connection component preferably has a circumferential groove for a positive engagement with the stationary flushing pipe.

Um eine Beschädigung des vormontierten Wechseleinsatzes während der Montage bzw. während des Transports des Wechseleinsatzes zu vermeiden, umfasst der Wechseleinsatz vorzugsweise eine Transportsicherung. Die Transportsicherung umfasst wenigstens ein Federelement, um vor einer Endmontage des Wechseleinsatzes eine Vorspannung auf die Gleitringdichtungsanordnung auszuüben. Die Vorspannung wird dabei auf die Gleitringe derart ausgeübt, dass die Gleitflächen der Gleitringe sicher aneinander anliegen, um Beschädigungen der Gleitflächen zu vermeiden. Die Transportsicherung ist dabei zwischen dem Anschlussbauteil zum stationären Spülrohr und dem ersten Gleitringträger zum Halten des stationären Gleitrings angeordnet. Die Transportsicherung ist ferner derart ausgestaltet, dass im endmontierten Zustand des Wechseleinsatzes im Betrieb keine Vorspannung auf die Gleitringdichtung ausgeübt wird. Dies wird beispielsweise durch Vorsehen von Federelementen bereitgestellt, welche im montierten Zustand des Wechseleinsatzes, in welchem eine Axiallänge des Wechseleinsatzes durch den axialen Verstellmechanismus vergrößert wurde, keine Vorspannung mehr ausüben. Die Federelemente können beispielsweise eine entsprechend kurze Länge aufweisen, so dass im endmontierten, axial verlängerten Zustand des Wechseleinsatzes keine Vorspannung auf die Gleitringe ausgeübt wird. Aufgrund des Eigengewichts des Gleitrings und des Gewichts des ersten Gleitringträgers liegt der stationäre Gleitring trotzdem sicher auf dem rotierenden Gleitring.In order to avoid damage to the preassembled changeover insert during assembly or during transport of the changeover insert, the changeover insert preferably comprises a transport lock. The transport lock comprises at least one spring element in order to exert a preload on the mechanical seal assembly before final assembly of the insert. The bias is applied to the slip rings in such a way that the sliding surfaces of the seal rings abut each other safely to avoid damage to the sliding surfaces. The transport lock is arranged between the connection component to the stationary flushing pipe and the first Gleitringträger for holding the stationary seal ring. The transport lock is further configured such that no bias is exerted on the mechanical seal in the final assembled state of the removable insert during operation. This is provided, for example, by providing spring elements which no longer exert any pretensioning in the assembled state of the interchangeable insert in which an axial length of the interchangeable insert has been increased by the axial adjusting mechanism. The spring elements may for example have a correspondingly short length, so that no preload is exerted on the slip rings in the final assembled, axially extended state of the interchangeable insert. Due to the weight of the sliding ring and the weight of the first slide carrier, the stationary slide ring is still safe on the rotating seal ring.

Weiter bevorzugt weist der erste Gleitringträger, an welchem der stationäre Gleitring angeordnet ist, an seinem Innenumfang eine Schulter auf. Die Schulter bewirkt, dass das Medium, welches durch den Wechseleinsatz mit Druck hindurchgeführt wird, über die Schulter Druck auf die Gleitringe ausübt, so dass eine sichere Anlage der Gleitflächen der Gleitringe erreicht wird.More preferably, the first Gleitringträger, on which the stationary seal ring is disposed on its inner circumference on a shoulder. The shoulder causes the medium, which is passed through the interchangeable insert with pressure, exerts pressure on the sliding rings via the shoulder, so that a secure contact of the sliding surfaces of the sliding rings is achieved.

Damit der Druck auf die Gleitringe im Betrieb nicht zu stark wird, weist bevorzugt jeweils der rotierende und stationäre Gleitring am inneren Umfang eine Fase auf. Die Fase reicht vorzugsweise von einem inneren Umfang der Gleitringe bis zur Hälfte einer Gleitringbreite. Besonders bevorzugt sind die Fasen an beiden Gleitringen gleich vorgesehen.So that the pressure on the sliding rings does not become too strong during operation, the rotating and stationary sliding ring preferably has a chamfer on the inner circumference. The chamfer preferably ranges from an inner circumference of the sliding rings to half of a sliding ring width. Particularly preferably, the chamfers are provided on both slide rings the same.

Für einen besonders sicheren Betrieb weist vorzugsweise die Innenhülse des Verstellmechanismus an einer Innenseite eine Führungsfläche für den rotierenden Gleitring auf. Die Führungsfläche kann beispielsweise durch Vorsehen eines Freistichs ausgebildet sein, wobei zwischen der Wand des Freistichs und dem rotierenden Gleitring ein kleiner Spalt vorhanden ist, um im Betrieb keine Reibung zwischen rotierendem Gleitring und der Hülse zu haben. Bei kleineren Auslenkungen führt dann die Innenseite der Innenhülse den rotierenden Gleitring wieder in die nicht kontaktierende Normalposition zurück.For a particularly safe operation, the inner sleeve of the adjusting mechanism preferably has on an inner side a guide surface for the rotating sliding ring. The guide surface may be formed, for example, by providing an undercut, with a small gap between the wall of the undercut and the rotating seal ring to provide no friction between the rotating seal ring and the sleeve during operation. For smaller deflections then leads the inside of the inner sleeve, the rotating seal ring back into the non-contacting normal position.

Weiter bevorzugt umfasst der Verstellmechanismus des Wechseleinsatzes eine Verdrehsicherung. Die Verdrehsicherung ist vorzugsweise ein Schraubbolzen oder dergleichen. Die Verdrehsicherung stellt dabei sicher, dass eine Relativposition zwischen der Außenhülse und der Innenhülse im Betrieb sicher gehalten wird. Mit anderen Worten wird nach der Verstellung der Axiallänge des Wechseleinsatzes, welche durch Verdrehen zwischen Außenhülse und Innenhülse erfolgt ist, die Position durch die Verdrehsicherung gesichert. Vor der Demontage muss die Verdrehsicherung selbstverständlich gelöst werden, damit wieder eine Verdrehung zwischen Außenhülse und Innenhülse möglich ist, um eine Verkürzung der Axiallänge des Wechseleinsatzes zu ermöglichen.More preferably, the adjustment mechanism of the removable insert comprises a rotation. The rotation is preferably a bolt or the like. The rotation ensures that a relative position between the outer sleeve and the inner sleeve is held securely during operation. In other words, after the adjustment of the axial length of the exchange insert, which is done by turning between the outer sleeve and inner sleeve, the position secured by the rotation. Before dismantling the rotation must of course be solved, so again a rotation between the outer sleeve and inner sleeve is possible to allow a shortening of the axial length of the exchange insert.

Die Verdrehsicherung ist besonders bevorzugt ein Schraubbolzen mit einem an der Spitze des Schraubbolzens angeordneten, federvorgespannten Rastelements, insbesondere einer federvorgespannten Kugel. Das Rastelement greift dabei an einer Ausgangsposition, in welcher der Wechseleinsatz noch nicht axial verlängert ist, in eine erste Ausnehmung an der Aussenhülse ein. Dadurch wird eine Grundstellung des vormontierten Wechseleinsatzes definiert. Während der Vormontage kann ein Monteur somit einfach erkennen, wann die vormontierte Position erreicht ist. Ferner ist eine zweite Ausnehmung an der Aussenhülse vorgesehen, in welche das Rastelement einrastet, wenn der Wechseleinsatz während der Montage den axial verlängerten Endzustand, d.h., den Endmontagezustand, erreicht hat. Somit ist ebenfalls ein Indikator für eine richtige Position des Erreichens der Endstellung des Wechseleinsatzes im montierten Zustand vorhanden. Diese Maßnahmen erleichtert die Montage erheblich, welche, wie erwähnt, teilweise unter höchst schwierigen Bedingungen aufgrund äußerer Einflüsse vorgenommen werden muss. Durch das federvorgespannte Rastelement erfolgt das Einrasten bei der Montage und das Ausrasten bei der Demontage automatisch durch den Verdrehvorgang zwischen Außenhülse und Innenhülse der Schraubverbindung.The rotation is particularly preferably a bolt with a arranged at the top of the bolt, spring-biased locking element, in particular a spring-loaded ball. The locking element engages at a starting position, in which the removable insert is not yet extended axially, in a first recess on the outer sleeve. This defines a basic position of the preassembled changeover insert. During pre-assembly, a fitter can easily see when the pre-assembled position has been reached. Furthermore, a second recess is provided on the outer sleeve, in which the latching element engages when the changeover insert during assembly has reached the axially extended final state, ie, the final assembly state. Thus, an indicator for a correct position of reaching the end position of the exchange insert in the mounted state is also present. These measures greatly facilitate the assembly, which, as mentioned, must be made partly under very difficult conditions due to external influences. By the spring-biased locking element, the latching during assembly and disengagement during disassembly is done automatically by the rotation between outer sleeve and inner sleeve of the screw.

Die Verdrehsicherung ist bevorzugt an einem mit der Innenhülse verbundenen Arm angeordnet, wobei die Außenhülse zwischen dem Arm und der Innenhülse angeordnet ist. Die Innenhülse weist vorzugsweise eine Länge in Axialrichtung auf, welche größer als eine Länge in Axialrichtung der Außenhülse ist. Die Innenhülse weist ferner bevorzugt einen in Axialrichtung verlängerten Bereich auf, welcher zum Ansetzen eines Werkzeuges zur Verstellung der Schraubverbindung eingerichtet ist.The rotation lock is preferably arranged on an arm connected to the inner sleeve, wherein the outer sleeve between the arm and the inner sleeve is arranged. The inner sleeve preferably has a length in the axial direction, which is greater than a length in the axial direction of the outer sleeve. The inner sleeve furthermore preferably has an area which is elongated in the axial direction and which is set up for attaching a tool for adjusting the screw connection.

Weiter bevorzugt weist der rotierende und stationäre Gleitring jeweils eine Bandage auf. Hierdurch können die Gleitringe auch hohen Druckbelastungen standhalten.More preferably, the rotating and stationary sliding ring each have a bandage. As a result, the sliding rings can withstand high pressure loads.

Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Bohrspüleinrichtung mit einem erfindungsgemäßen vormontierten Wechseleinsatz.Furthermore, the present invention relates to a Bohrspüleinrichtung with a preassembled changeover insert according to the invention.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

Fig. 1
eine schematische Darstellung einer Bohrspüleinrichtung, in welcher ein erfindungsgemäßer vormontierter Wechseleinsatz verwendet wird,
Fig. 2
eine schematische, perspektivische Darstellung eines Wechselvorgangs des Wechseleinsatzes,
Fig. 3
eine schematische Teilschnittansicht des Wechseleinsatzes während eines ersten Montageschritts, in welchem der Wechseleinsatz in die Bohrspüleinrichtung eingeschoben ist,
Fig. 4
eine schematische Teilschnittansicht des Wechseleinsatzes, in welcher der Wechseleinsatz mit einem stationären Spülrohr verbunden ist,
Fig. 5
eine schematische Teilschnittansicht des Wechseleinsatzes während des Vorgangs des Verbindens mit einem rotierenden Spülrohr,
Fig. 6
eine schematische, perspektivische Ansicht eines Verstellrings zur Ausrichtung des Wechseleinsatzes gegenüber dem rotierenden Spülrohr,
Fig. 7
eine schematische Teilschnittansicht des Wechseleinsatzes im montierten Zustand, und
Fig. 8
eine schematische Schnittansicht des Wechseleinsatzes im montierten Zustand, wobei zur besseren Übersichtlichkeit das stationäre und rotierende Spülrohr nicht dargestellt sind.
Hereinafter, a preferred embodiment of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawing is:
Fig. 1
a schematic representation of a Bohrspüleinrichtung in which a pre-assembled insert according to the invention is used,
Fig. 2
a schematic, perspective view of a change operation of the exchange insert,
Fig. 3
a schematic partial sectional view of the exchange insert during a first assembly step, in which the removable insert is inserted into the Bohrspüleinrichtung,
Fig. 4
a schematic partial sectional view of the exchange insert, in which the removable insert is connected to a stationary flushing pipe,
Fig. 5
a schematic partial sectional view of the interchangeable insert during the process of connecting with a rotating flushing pipe,
Fig. 6
a schematic, perspective view of an adjusting ring for aligning the exchange insert relative to the rotating flushing pipe,
Fig. 7
a schematic partial sectional view of the removable insert in the assembled state, and
Fig. 8
a schematic sectional view of the changeover insert in the assembled state, with the stationary and rotating flushing pipe are not shown for clarity.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 8 ein Wechseleinsatz 1 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.The following is with reference to the Fig. 1 to 8 a change of use 1 according to a preferred embodiment of the invention described in detail.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, wird der Wechseleinsatz 1 in einer Bohrspüleinrichtung 100 verwendet. Die Bohrspüleinrichtung 100 umfasst ein Bohrturm 101 und ist eingerichtet, ein Spülmedium von oben in ein Bohrloch 106 einzubringen (Pfeil A). Die Bohrspüleirichtung 100 umfasst dabei ein stationäres Spülrohr 102 und ein rotierendes Spülrohr 103, an dessen freiem Ende ein Bohrkopf 104 angeordnet ist. Ein Spülmedium wird dabei mittels einer Pumpe 105 über das stationäre Spülrohr 102 in das rotierende Spülrohr 103 eingeführt und tritt am Bohrkopf 104 aus. Das Spülmedium strömt dann am Außenumfang des rotierenden Spülrohrs 103 wieder zur Oberfläche in eine Trenneinrichtung 107 zurück. In der Trenneinrichtung 107 wird dann aus dem Bohrloch 106 ausgespültes Gestein und dergleichen vom Spülmedium getrennt, welches dann in einem Kreislauf wieder verwendet werden kann.How out Fig. 1 it can be seen, the exchange insert 1 is used in a Bohrspüleinrichtung 100. The drilling fluid device 100 comprises a derrick 101 and is set up to introduce a flushing medium from above into a borehole 106 (arrow A). The Bohrspüleirichtung 100 includes a stationary flushing pipe 102 and a rotating Spülrohr 103, at its free end a drill head 104 is arranged. A flushing medium is introduced by means of a pump 105 via the stationary flushing pipe 102 into the rotating flushing pipe 103 and exits at the drill head 104. The flushing medium then flows on the outer circumference of the rotating flushing pipe 103 back to the surface in a separator 107 back. In the separator 107 is then from the borehole 106 purged rock and the like separated from the flushing medium, which can then be reused in a cycle.

Erfindungsgemäß ist ein vormontierter Wechseleinsatz 1 vorgesehen, welcher komplett gewechselt werden kann. Dies ist in Fig. 2 durch den Doppelpfeil B schematisch angedeutet. Der vormontierte Wechseleinsatz wird dabei in einem Zwischenraum 112 zwischen dem stationären Spülrohr 102 und dem rotierenden Spülrohr 103 montiert. Am freien Ende des stationären Spülrohrs 102 ist dabei ein erster Adapter 108 vorgesehen und am gegenüberliegenden freien Ende des rotierenden Spülrohrs 103 ist ein zweiter Adapter 109 vorgesehen. Am ersten Adapter 108 sind ferner erste und zweite Führungsarme 110, 111 ausgebildet, welche ein leichtes Einführen des vormontierten Wechseleinsatzes 1 ermöglichen. Hierzu sind am Wechseleinsatz 1 an einem Anschlussbauteil 5 zwei Führungselemente 10, 11 vorgesehen. Die Führungselemente 10, 11 liegen dabei mit ihrer Unterseite an den schienenartigen Führungsarmen 110, 111 auf, so dass das Gewicht des Wechseleinsatzes 1 nach erfolgtem Aufschieben auf die Führungsarme 110, 111 von diesen getragen wird und die Montage erleichtert wird. Das Anschlussbauteil 5 umfasst ferner eine Umfangsnut 50 für einen Eingriff mit den Führungsarmen 110, 111.According to the invention, a preassembled exchange insert 1 is provided, which can be completely changed. This is in Fig. 2 indicated schematically by the double arrow B. The preassembled exchange insert is thereby mounted in a gap 112 between the stationary flushing pipe 102 and the rotating flushing pipe 103. At the free end of the stationary Spülrohrs 102 while a first adapter 108 is provided and at the opposite free end of the rotating Spülrohrs 103, a second adapter 109 is provided. First and second guide arms 110, 111 are also formed on the first adapter 108, which allow easy insertion of the preassembled exchange insert 1. For this purpose, two guide elements 10, 11 are provided on the replacement insert 1 on a connection component 5. The guide elements 10, 11 lie with their underside on the rail-like guide arms 110, 111, so that the weight of the interchangeable insert 1 is carried on the guide arms 110, 111 of these after successful sliding of these and the assembly is facilitated. The connection component 5 further comprises a circumferential groove 50 for engagement with the guide arms 110, 111.

Der erfindungsgemäße vormontierte Wechseleinsatz 1 umfasst, wie insbesondere aus den Fig. 3 und 8 ersichtlich ist, eine Gleitringdichtungsanordnung 2 mit einem stationären Gleitring 20 und einem rotierenden Gleitring 21. Zwischen den beiden Gleitringen ist ein Dichtspalt 26 ausgebildet. Der stationäre Gleitring 20 ist von einer ersten Bandage 22 umschlossen und der rotierende Gleitring 21 ist von einer zweiten Bandage 23 umschlossen.The pre-assembled exchange insert 1 according to the invention comprises, in particular from the Fig. 3 and 8th it can be seen, a mechanical seal assembly 2 with a stationary seal ring 20 and a rotating seal ring 21. Between the two seal rings, a sealing gap 26 is formed. The stationary seal ring 20 is enclosed by a first bandage 22 and the rotating seal ring 21 is enclosed by a second bandage 23.

Am stationären Gleitring 20 ist ferner an dessen innerer Umfangsseite eine erste Fase 24 vorgesehen und am rotierenden Gleitring 21 in spiegelbildlicher Weise zum Dichtspalt eine zweite Fase 25 vorgesehen. Die beiden Fasen 24, 25 verlaufen in Radialrichtung des Wechseleinsatzes und reichen bis zur Mitte der Gleitringe 20, 21. Der Wechseleinsatz 1 umfasst ferner einen ersten Gleitringträger 3, welcher den stationären Gleitring 20 hält und einen zweiten Gleitringträger 4, welcher den rotierenden Gleitring 21 hält. Der erste Gleitringträger 3 ist zweiteilig aus einem ersten Trägerteil 31 und einem zweiten Trägerteil 32 ausgebildet. Am inneren Umfang des ersten Gleitringträgers 3 ist ferner eine Schulter 33 vorgesehen.At the stationary seal ring 20, a first chamfer 24 is also provided on the inner peripheral side and provided on the rotating seal ring 21 in a mirror-image manner to the sealing gap, a second chamfer 25. The two chamfers 24, 25 extend in the radial direction of the interchangeable insert and extend to the middle of the sliding rings 20, 21. The interchangeable insert 1 further comprises a first slide ring carrier 3, which holds the stationary slide ring 20 and a second slide ring carrier 4, which holds the rotating slide ring 21. The first slide ring carrier 3 is formed in two parts from a first carrier part 31 and a second carrier part 32. At the inner periphery of the first slide carrier 3, a shoulder 33 is also provided.

Der zweite Gleitringträger 4 ist ebenfalls zweiteilig mit einem ersten Trägerteil 41 und einem zweiten Trägerteil ausgebildet, welches ein Verstellring 42 ist, und weist ferner mehrere in Axialrichtung X-X des Wechseleinsatzes 1 verlaufende Vorsprünge 43 auf. Die Vorsprünge 43 dienen zur Übertragung eines Drehmoments vom angetriebenen, rotierenden Spülrohr 103 über den zweiten Adapter 109 und den zweiten Gleitringträger 4 auf den rotierenden Gleitring 21.The second sliding ring carrier 4 is also formed in two parts with a first support member 41 and a second support member, which is an adjusting ring 42, and further comprises a plurality of extending in the axial direction X-X of the exchange insert 1 projections 43. The projections 43 serve to transmit a torque from the driven, rotating flushing pipe 103 via the second adapter 109 and the second sliding ring carrier 4 onto the rotating sliding ring 21.

Weiterhin umfasst der vormontierte Wechseleinsatz 1 einen Verstellmechanismus 6 mit einer Schraubverbindung 60. Der Verstellmechanismus 6 umfasst eine Außenhülse 61 mit einem Innengewinde 63 und eine Innenhülse 62 mit einem Außengewinde 64. Dabei greifen das Innengewinde 63 und das Außengewinde 64 ineinander ein und bei einer Relativverdrehung zwischen der Außenhülse 61 und der Innenhülse 62 erfolgt eine Längung des vormontierten Wechseleinsatzes in Axialrichtung X-X des Verstellmechanismus 6. In Fig. 2 ist dabei eine Ausgangslänge L1 des vormontierten Wechseleinsatzes 1 in Axialrichtung gezeigt. Fig. 8 zeigt die vollständig ausgefahrene Axiallänge L2, welche um eine Länge L3 länger als die Ausgangslänge L1 ist.The adjusting mechanism 6 comprises an outer sleeve 61 with an internal thread 63 and an inner sleeve 62 with an external thread 64. In this case, the internal thread 63 and the external thread 64 engage in one another and at a relative rotation between the outer sleeve 61 and the inner sleeve 62 is an elongation of the preassembled exchange insert in the axial direction XX of the adjusting mechanism 6. In Fig. 2 In this case, an initial length L1 of the preassembled exchange insert 1 is shown in the axial direction. Fig. 8 shows the fully extended axial length L2, which is longer than the initial length L1 by a length L3.

Die Innenhülse 62 überdeckt dabei in Radialrichtung die Gleitringdichtung 2 und stellt eine Führungsfläche 66 für den rotierenden Gleitring 21 an einer radialen Außenseite der Bandage 23 bereit. Die Innenhülse 62 hält ferner auch den zweiten Gleitringträger 4 über den Verstellring 42 des zweiten Gleitringträgers 4.The inner sleeve 62 covers the mechanical seal 2 in the radial direction and provides a guide surface 66 for the rotating seal ring 21 on a radial outer side of the drum 23. The inner sleeve 62 also also holds the second sliding ring carrier 4 via the adjusting ring 42 of the second sliding ring carrier 4th

Weiterhin umfasst der erfindungsgemäße Wechseleinsatz 1 mehrere Federelemente 7, welche zwischen dem Anschlussbauteil 5 für einen Anschluss an das stationäre Spülrohr 102 und dem ersten Gleitringträger 3 angeordnet sind. Jedes Federelement 7 ist um einen Stift 70 zur Führung und Positionierung der Federelemente angeordnet. Die Federelemente 7 sind in Taschen 51 im Anschlussbauteil 5 angeordnet.Furthermore, the exchange insert 1 according to the invention comprises a plurality of spring elements 7, which are arranged between the connection component 5 for connection to the stationary flushing pipe 102 and the first sliding ring carrier 3. Each spring element 7 is arranged around a pin 70 for guiding and positioning the spring elements. The spring elements 7 are arranged in pockets 51 in the connection component 5.

Die Federelemente 7 stellen sicher, dass im nicht endmontierten Zustand des Wechseleinsatzes (Fig. 2, 3 und 4) eine Kraft F über den ersten Gleitringträger 3 auf den stationären Gleitring 20 ausgeübt wird, so dass der stationäre Gleitring 20 sicher am rotierenden Gleitring 21 anliegt und die Gleitflächen sich berühren (vgl. Fig. 4). Im endmontierten Zustand, welcher in den Fig. 7 und 8 dargestellt ist, üben die Federelemente 7 jedoch keinerlei Federkraft auf die Gleitringdichtung 2 aus. Dies wird z.B. durch entsprechende Auslegung einer Länge der Federn 7 erreicht, so dass im endmontierten Zustand des Wechseleinsatzes 1 in der Bohrspüleinrichtung 100 ein Federabstand 71 zwischen einem Ende der Federelemente 7 und dem Anschlussbauteil 5 vorhanden ist, wie in Fig. 8 gezeigt.The spring elements 7 ensure that in nichtstmontmontierten state of the removable insert ( Fig. 2 . 3 and 4 ) a force F is exerted on the stationary slide ring 20 via the first slide ring carrier 3, so that the stationary slide ring 20 rests securely on the rotating slide ring 21 and the sliding surfaces come into contact (cf. Fig. 4 ). In the final assembled state, which in the Fig. 7 and 8th is shown, however, the spring elements 7 exert no spring force on the mechanical seal 2 from. This is achieved, for example, by appropriate design of a length of the springs 7, so that in the final assembled state of the exchange insert 1 in the drilling fluid 100 a spring spacing 71 between one end of the spring elements 7 and the connection component 5 is present, as in Fig. 8 shown.

Die Federelemente 7 bilden somit eine Transportsicherung, welche vor einer endgültigen Endmontage des Wechseleinsatzes 1 eine ständige Vorspannung in Axialrichtung X-X auf die Gleitringdichtung ausübt.The spring elements 7 thus form a transport lock, which exerts a permanent bias in the axial direction X-X on the mechanical seal before a final final assembly of the removable insert 1.

Weiter ist zwischen dem Anschlussbauteil 5 und dem ersten Gleitringträger 3 ein Dichtelement 8 angeordnet. Weiterhin umfasst der Wechseleinsatz 1 ein erstes, zweites, drittes und viertes Nebendichtelement 12, 13, 14, 15. Das erste Nebendichtelement 12 dichtet dabei zwischen dem Anschlussbauteil 5 und dem stationären Spülrohr 102 ab, das zweite Nebendichtelement 13 dichtet zwischen dem ersten Gleitringträger 3 und dem stationären Gleitring 20 ab, das dritte Nebendichtelement 14 dichtet zwischen dem rotierenden Gleitring 21 und dem zweiten Gleitringträger 4 ab und das vierte Nebendichtelement 15 dichtet zwischen dem zweiten Gleitringträger 4 und dem zweiten Adapter 109 zum rotierenden Spülrohr 103 ab.Furthermore, a sealing element 8 is arranged between the connection component 5 and the first sliding ring carrier 3. Furthermore, the removable insert 1 comprises a first, second, third and fourth secondary sealing element 12, 13, 14, 15. The first secondary sealing element 12 seals between the connecting component 5 and the stationary flushing pipe 102, the second secondary sealing element 13 seals between the first sliding ring carrier 3 and the stationary seal ring 20, the third secondary sealing element 14 seals between the rotating seal ring 21 and the second slide ring carrier 4 and the fourth side seal 15 seals between the second slide ring carrier 4 and the second adapter 109 to the rotating rinsing pipe 103 from.

Der Verstellring 42 des zweiten Gleitringträgers, welcher von außerhalb des vormontierten Wechseleinsatzes 1 mittels eines Werkzeugs an Öffnungen 9 verdrehbar ist, ermöglicht eine Ausrichtung des zweiten Gleitringträgers 4 in Umfangsrichtung. Dies ist notwendig, damit eine Drehmomentübertragung über die in Axialrichtung X-X vorstehenden Vorsprünge 43 vom zweiten Adapter 109 über den zweiten Gleitringträger 4 auf den rotierenden Gleitring 21 möglich ist. Dieser Vorgang ist in den Fig. 5 und 6 ersichtlich.The adjusting ring 42 of the second Gleitringträgers, which is rotatable from outside the preassembled exchange insert 1 by means of a tool at openings 9, allows alignment of the second Gleitringträgers 4 in the circumferential direction. This is necessary so that a torque transmission over in the axial direction XX protruding projections 43 from the second adapter 109 via the second slide ring carrier 4 on the rotating seal ring 21 is possible. This process is in the Fig. 5 and 6 seen.

Der zweite Adapter 109 weist entsprechend den Vorsprüngen 43 gebildete Ausnehmungen 44 auf, so dass eine formschlüssige Verbindung zwischen dem zweiten Adapter 109 und dem Verstellring 42 möglich ist.The second adapter 109 has recesses 44 formed corresponding to the projections 43, so that a positive connection between the second adapter 109 and the adjusting ring 42 is possible.

Zur Fixierung einer Relativposition des Verstellmechanismus 6 zwischen der Außenhülse 61 und der Innenhülse 62 ist weiterhin eine Verdrehsicherung 16 vorgesehen. Die Verdrehsicherung 16 dieses Ausführungsbeispiels ist ein Schraubbolzen, welcher eine Relativposition zwischen der Außenhülse 61 und der Innenhülse 62 fixiert. Der Schraubbolzen umfasst dabei eine federvorgespannte Kugel, welche in der noch nicht endmontierten Position in eine erste Ausnehmung 67 am Außenumfang der Außenhülse 61 eingerastet ist (Fig. 3). Die Verdrehsicherung ist dabei an einem mit der Innenhülse verbundenen Arm 69 angeordnet, so dass die Außenhülse 61 zwischen dem Arm 69 und der Innenhülse angeordnet ist (vgl. Fig. 3 und 4). In der vollständig endmontierten Position (Fig. 7) ist die Kugel in einer zweiten Ausnehmung 68 an der Aussenhülse 61 eingerastet, welche als Indikator für das Erreichen der Endposition des in Axialrichtung verlängerten Wechseleinsatzes dient. Die beiden Ausnehmungen 67, 68 sind um ca. eine Viertelumdrehung zwischen Innenhülse und Außenhülse am Umfang der Außenhülse 61 angeordnet. Durch das Einrasten der Kugel in den Ausnehmungen 67, 68 hat ein Monteur jeweils während des Vormontieren des Wechseleinsatzes einen Indikator für die richtige Position der Bauteile Innenhülse und Außenhülse zueinander als auch in der endmontierten Position durch Einrasten in der zweiten Ausnehmung 68. Damit ist eine sichere Montage auch unter erschwertesten Umweltbedingungen möglich.For fixing a relative position of the adjusting mechanism 6 between the outer sleeve 61 and the inner sleeve 62, an anti-rotation 16 is further provided. The anti-rotation device 16 of this embodiment is a bolt which fixes a relative position between the outer sleeve 61 and the inner sleeve 62. The bolt comprises a spring-biased ball, which is locked in the not yet final mounted position in a first recess 67 on the outer circumference of the outer sleeve 61 ( Fig. 3 ). The rotation lock is arranged on a connected to the inner sleeve arm 69, so that the outer sleeve 61 between the arm 69 and the inner sleeve is arranged (see. Fig. 3 and 4 ). In the fully final mounted position ( Fig. 7 ), the ball is locked in a second recess 68 on the outer sleeve 61, which serves as an indicator for reaching the end position of the extended in the axial direction changeover insert. The two recesses 67, 68 are arranged on the circumference of the outer sleeve 61 by approximately one quarter turn between inner sleeve and outer sleeve. By the engagement of the ball in the recesses 67, 68 has a fitter each during the preassembly of the exchange insert an indicator of the correct position of the components inner sleeve and outer sleeve each other as well as in the final assembled position by snapping into the second recess 68. This is a safe Assembly possible even under the most difficult environmental conditions.

Da erfindungsgemäß der Wechseleinsatz vormontiert ist, kann der Wechseleinsatz problemlos in einer Werkstatt komplett vormontiert werden. Hierbei können auch auf einfache Weise sämtliche Nebendichtelemente 12, 13, 14, 15 ersetzt werden. Die Transportsicherung mittels der Federelemente 7 stellt dabei sicher, dass während des Transports und des Einbaues bis kurz vor Erreichen einer Endeinbauposition immer eine Vorspannung auf die Gleitringe 20, 21 ausgeübt wird, so dass die Gleitflächen der Gleitringe eng aneinander anliegen und eine Beschädigung der Gleitflächen vermieden werden kann. Erfindungsgemäß kann somit auf einfache und schnelle Weise ein kompletter Wechsel des Wechseleinsatzes mit Gleitringdichtungsanordnung ermöglicht werden. Damit können bei jedem Austausch des Wechseleinsatzes neue Nebendichtelemente verwendet werden, wodurch sich ein reduzierter Wartungsbedarf und eine jeweils längere Einsatzdauer des Wechseleinsatzes ergibt. Bei einem neuen Wechseleinsatz können auch die Federelemente 7 jeweils ausgetauscht werden, falls notwendig. Da die Federelemente 7 in den Taschen 51 angeordnet sind, sind sie jedoch sehr gut gegenüber dem gepumpten Medium geschützt, so dass ein Wechsel der Federelemente 7 häufig nicht notwendig ist.Since, according to the invention, the replacement insert is preassembled, the replacement insert can be completely pre-assembled in a workshop without any problem. In this case, all secondary sealing elements 12, 13, 14, 15 can be replaced in a simple manner. The transport securing means of the spring elements 7 ensures that during the Transports and installation until shortly before reaching a final installation position always a bias on the seal rings 20, 21 is applied, so that the sliding surfaces of the seal rings fit tightly against each other and damage to the sliding surfaces can be avoided. According to the invention can thus be made possible in a simple and fast way a complete change of the exchange insert with mechanical seal. This new new secondary sealing elements can be used with each replacement of the replacement insert, which results in a reduced maintenance requirements and a longer duration of use of the exchange insert. In a new replacement insert and the spring elements 7 can be replaced, if necessary. Since the spring elements 7 are arranged in the pockets 51, however, they are very well protected against the pumped medium, so that a change of the spring elements 7 is often not necessary.

Der Wechselvorgang wird nachfolgend im Detail beschrieben. Nachdem der auszuwechselnde Wechseleinsatz aus der Bohrspüleinrichtung 100 entfernt wurde, wird, wie in Fig. 2 angedeutet, ein neuer, vormontierter Wechseleinsatz 1 in die Bohrspüleinrichtung 100 eingeschoben. Hierbei wird der neue, vormontierte Wechseleinsatz 1 an der Umfangsnut 50 und den Führungselementen 10, 11 auf die beiden Führungsarme 110, 111 aufgeschoben, so dass nach einem kurzen Aufschiebeweg das komplette Gewicht des Wechseleinsatzes 1 durch die Führungsarme 110, 111 getragen wird. Hierdurch wird eine Montage des Wechseleinsatzes, welcher üblicherweise auf einer gewissen Höhe im Bohrturm 101 erfolgt, und auch bei sehr extremen Witterungsbedingungen ausführbar sein muss, deutlich erleichtert. Ein Monteur muss nun den vormontierten Wechseleinsatz 1 einfach nur noch entlang der Führungsarme 110, 111 in die Montageposition schieben. Diese eingeschobene Position ist in Fig. 3 dargestellt. Dabei ist ein erster Abstand 80 zwischen einer Stirnfläche des Anschlussbauteils 5 und einer Stirnfläche des ersten Adapters 108, welcher am stationären Spülrohr 102 angeordnet ist, vorhanden (vgl. Fig. 3).The change process will be described in detail below. After the replacement insert to be replaced has been removed from the drilling fluid device 100, as shown in FIG Fig. 2 indicated, a new, preassembled replacement insert 1 inserted into the Bohrspüleinrichtung 100. Here, the new, preassembled replacement insert 1 is pushed onto the circumferential groove 50 and the guide elements 10, 11 on the two guide arms 110, 111, so that after a short Aufschiebeweg the complete weight of the interchangeable insert 1 by the guide arms 110, 111 is worn. As a result, a mounting of the exchange insert, which usually takes place at a certain height in the derrick 101, and must be executable even in very extreme weather conditions, much easier. A fitter now has to simply push the preassembled replacement insert 1 only along the guide arms 110, 111 into the assembly position. This inserted position is in Fig. 3 shown. In this case, a first distance 80 between an end face of the connection component 5 and an end face of the first adapter 108, which is arranged on the stationary flushing pipe 102, is present (cf. Fig. 3 ).

In einem nächsten Schritt wird dieser erste Abstand 80 eliminiert, indem der erste Adapter 108 in Axialrichtung X-X des Wechseleinsatzes verlängert wird (Fig. 3). Hierbei umfasst der erste Adapter 108 einen Außenring 118 und einen Innenring 128, zwischen welchen ein Gewinde 129 vorhanden ist, so dass durch Drehen wenigstens eines der Ringe der Innenring 128 mit dem Anschlussbauteil 5 in Kontakt kommt. Diese Position ist in Fig. 4 dargestellt. Dadurch ist eine Verbindung zwischen dem vormontierten Wechseleinsatz 1 und dem stationären Spülrohr 102 über den ersten Adapter 108 vorhanden. Da die Verbindung statisch ist, reicht zur Abdichtung das erste Nebendichtelement 12. Die Axiallänge L1 des vormontierten Wechseleinsatzes wurde noch nicht verändert.In a next step, this first distance 80 is eliminated by extending the first adapter 108 in the axial direction XX of the interchangeable insert (FIG. Fig. 3 ). in this connection The first adapter 108 comprises an outer ring 118 and an inner ring 128, between which a thread 129 is present, so that by rotating at least one of the rings, the inner ring 128 comes into contact with the connection component 5. This position is in Fig. 4 shown. As a result, a connection between the preassembled exchange insert 1 and the stationary flushing pipe 102 via the first adapter 108 is present. Since the connection is static, the first secondary sealing element 12 suffices for sealing. The axial length L1 of the preassembled interchangeable insert has not yet been changed.

In einem nächsten Schritt wird nun eine Verbindung zwischen dem vormontierten Wechseleinsatz 1 und dem rotierenden Spülrohr 103 ausgeführt. Hierzu wird der Verstellmechanismus 6 betätigt, in dem die Innenhülse 62 relativ zur Außenhülse 61 gedreht wird. Die Innenhülse 62 weist dabei auch einen zur Außenseite freiliegenden Bereich auf, in welchem mehrere Ausnehmungen 65 zum Ansetzen eines Werkzeugs vorhanden sind. Die Innenhülse 62 wird dabei relativ zur Außenhülse 61 solange gedreht, bis die in Fig. 5 gezeigte Position erreicht ist. In dieser Position ist noch keine endgültige Verbindung zwischen dem vormontierten Wechseleinsatz 1 und dem zweiten Adapter 109 am rotierenden Spülrohr 103 ausgebildet, sondern es muss noch eine Ausrichtung des Drehmomentübertragungsmechanismus zwischen dem zweiten Adapter 109 und dem zweiten Gleitringträger 4 erfolgen. Hierzu wird der Verstellring 42 in Umfangsrichtung verdreht, was ebenfalls mittels eines von außen an den Verstellring 42 ansetzbaren Werkzeugs ermöglicht wird. Die Ausrichtung ist dabei derart, dass die Vorsprünge 43 des zweiten Gleitringträgers 4 über den entsprechenden Ausnehmungen 44 des zweiten Adapters 109 angeordnet sind, wie in Fig. 6 gezeigt. Nachdem die Ausrichtung erfolgt ist, wird die Innenhülse 62 des Verstellmechanismus 6 weiter relativ zur Außenhülse 61 verdreht, so dass eine weitere Längung des Wechseleinsatzes 1 in Axialrichtung X-X erfolgt, bis die verbindende Endposition, welche in Fig. 7 und 8 dargestellt ist, erreicht ist (Axiallänge L2).In a next step, a connection is now made between the preassembled exchange insert 1 and the rotating flushing pipe 103. For this purpose, the adjusting mechanism 6 is actuated, in which the inner sleeve 62 is rotated relative to the outer sleeve 61. The inner sleeve 62 in this case also has an area exposed to the outside, in which a plurality of recesses 65 are provided for applying a tool. The inner sleeve 62 is thereby rotated relative to the outer sleeve 61 until the in Fig. 5 shown position is reached. In this position, no final connection between the preassembled exchange insert 1 and the second adapter 109 is still formed on the rotating purge pipe 103, but it still has to align the torque-transmitting mechanism between the second adapter 109 and the second slip ring carrier 4. For this purpose, the adjusting ring 42 is rotated in the circumferential direction, which is also made possible by means of an attachable from the outside of the adjusting ring 42 tool. The orientation is such that the projections 43 of the second Gleitringträgers 4 are arranged over the corresponding recesses 44 of the second adapter 109, as in Fig. 6 shown. After the alignment is done, the inner sleeve 62 of the adjusting mechanism 6 is further rotated relative to the outer sleeve 61, so that a further elongation of the removable insert 1 in the axial direction XX takes place until the connecting end position, which in Fig. 7 and 8th is shown reached (axial length L2).

Fig. 8 zeigt ebenfalls den vormontierten Wechseleinsatz in der verbindenden Endposition, wobei aus Übersichtlichkeitsgründen der erste und zweite Adapter 108, 109 des stationären und rotierenden Spülrohrs nicht dargestellt sind. Fig. 8 also shows the preassembled exchange insert in the connecting end position, for clarity, the first and second adapters 108, 109 of the stationary and rotating flushing pipe are not shown.

Durch die axiale Längung des Wechseleinsatzes 1 können sich die Federelemente 7 vollständig entspannen, so dass der in Fig. 8 eingezeichnete Federabstand 71 zwischen dem freien Ende des Federelements 7 und dem Anschlussbauteil 5 vorhanden ist. Im Betrieb wird dann der Druck auf die Gleitringe über die Schulter 33 aufgebaut. Die Federelemente können auch so ausgelegt sein, dass kein Federabstand zum Anschlussbauteil 5 vorhanden ist, jedoch keine Federkraft mehr zwischen Anschlussbauteil 5 und erstem Gleitringträger 4 wirkt.Due to the axial elongation of the interchangeable insert 1, the spring elements 7 can relax completely, so that the in Fig. 8 shown spring spacing 71 between the free end of the spring element 7 and the connection component 5 is present. In operation, the pressure on the slip rings is then built up via the shoulder 33. The spring elements can also be designed so that no spring distance to the connection component 5 is present, but no spring force acts more between the connection component 5 and the first slide ring carrier 4.

Die Federelemente 7 sind dabei in entsprechend ausgebildeten Taschen 51 im Anschlussbauteil 5 angeordnet.The spring elements 7 are arranged in correspondingly formed pockets 51 in the connection component 5.

Als letzter Schritt wird dann die Verdrehsicherung 16 für eine Fixierung einer Relativposition zwischen der Außenhülse 61 und der Innenhülse 62 des Verstellmechanismus 6 aktiviert. Hierbei rastet die Kugel der Verdrehsicherung in der zweiten Ausnehmung 68 ein. Damit hat der Monteur einen Indikator, dass der Wechseleinsatz auf die richtige Axiallänge L2 verlängert wurde. Anschließend ist die Bohrspüleinrichtung 100 wieder einsatzbereit.As a last step, the anti-rotation 16 is then activated for fixing a relative position between the outer sleeve 61 and the inner sleeve 62 of the adjusting mechanism 6. Here, the ball locks the rotation in the second recess 68 a. Thus, the fitter has an indicator that the replacement insert has been extended to the correct axial length L2. Subsequently, the Bohrspüleinrichtung 100 is ready for use again.

Im Betrieb wird dann ein Druck über die Schulter 33 am ersten Gleitringträger 3 auf die Gleitringe ausgeübt, so dass eine sichere Abdichtung am Dichtspalt 26 möglich ist. Je nach Anwendungsfall kann dabei das gewünschte Druckniveau durch Änderung der Länge der Fasen 24, 25 in Radialrichtung der Gleitringe ausgelegt werden. In der endmontierten Position weist der Wechseleinsatz 1 somit eine um die Länge L3 verlängerte Axiallänge, ausgehend von der Axiallänge L1 (Fig. 2) zur Axiallänge L2 (Fig. 8) auf.During operation, a pressure is then exerted on the sliding rings by means of the shoulder 33 on the first slide ring carrier 3, so that a secure seal on the sealing gap 26 is possible. Depending on the application, the desired pressure level can be designed by changing the length of the chamfers 24, 25 in the radial direction of the sliding rings. In the final mounted position, the changeover insert 1 thus has an axial length extended by the length L3, starting from the axial length L1 (FIG. Fig. 2 ) to the axial length L2 ( Fig. 8 ) on.

Durch die erfindungsgemäße Idee des Vorsehens eines vormontierten Wechseleinsatzes mit einer Gleitringdichtungsanordnung 2 kann somit ein schneller und sicherer Wechsel, auch bei widrigen Umgebungsbedingungen, erreicht werden. Ferner kann der Wechseleinsatz 1 die Verwendung von Gleitringen als Dichtung bei einer Bohrspüleinrichtung 100 ermöglichen, so dass im Vergleich mit dem Stand der Technik eine deutlich längere Lebensdauer der Dichtung zwischen rotierendem und stationärem Spülrohr erreicht wird. Die Handhabung des Wechseleinsatzes kann dabei von einem einzigen Monteur ausgeführt werden.The inventive idea of providing a preassembled replacement insert with a mechanical seal assembly 2 thus a quick and safe change, even in adverse environmental conditions can be achieved. Furthermore, the interchangeable insert 1 may allow the use of slip rings as a seal in a drilling mud device 100, so that in comparison with the prior art a significantly longer life of the seal between the rotating and stationary flushing pipe is achieved. The handling of the interchangeable insert can be carried out by a single mechanic.

Durch das Vorsehen der Umfangsnut 50 am Anschlussbauteil 5 ist auch eine Fehlmontage praktisch ausgeschlossen. Um den vormontierten Wechseleinsatz 1 in die Endposition zu bringen, müssen lediglich zwei Gewindeverstellmechanismen verstellt werden, einer am ersten Adapter 108 am stationären Spülrohr 102, und ein zweiter am Wechseleinsatz 1 (Verstellmechanismus 6). Dieser Vorgang kann auch unter schwersten Umweltbedingungen ermöglicht werden. Weiterhin kann sicher eine Beschädigung der Gleitringe während des Wechselvorgangs vermieden werden, da die die Transportsicherung bildenden Federelemente 7 eine Vorspannung bis kurz vor Erreichen der Endmontageposition auf die Gleitringe ausüben. Auch ist kein Hantieren mit einzelnen Gleitringen notwendig, was im Stand der Technik häufig zu schwerwiegenden Beschädigungen der Gleitringe mit entsprechend reduzierter Lebensdauer der derart montierten Gleitringe führt.By providing the circumferential groove 50 on the connection component 5, incorrect assembly is also practically impossible. In order to bring the preassembled exchange insert 1 in the end position, only two Gewindeverstellmechanismen need to be adjusted, one on the first adapter 108 on the stationary wash pipe 102, and a second on the changeover insert 1 (adjustment mechanism 6). This process can be enabled even under the most severe environmental conditions. Furthermore, it is safe to avoid damage to the slip rings during the change process, since the transport securing spring elements 7 exert a bias until shortly before reaching the final assembly position on the slip rings. Also, no handling with individual slip rings is necessary, which in the prior art often leads to serious damage to the seal rings with correspondingly reduced life of the sliding rings mounted in this way.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Wechseleinsatzchange insert
22
GleitringdichtungsanordnungThe mechanical seal assembly
33
erster Gleitringträgerfirst slip ring carrier
44
zweiter Gleitringträgersecond slip ring carrier
55
Anschlussbauteilconnection component
66
Verstellmechanismusadjustment
77
Federelementspring element
88th
Dichtelementsealing element
99
Öffnungopening
10, 1110, 11
Führungselementeguide elements
12-1512-15
NebendichtelementeIn addition to sealing elements
1616
Verdrehsicherungtwist
1717
vorgespanntes Rastelementprestressed locking element
2020
stationärer Gleitringstationary sliding ring
2121
rotierender Gleitringrotating seal ring
2222
erste Bandagefirst bandage
2323
zweite Bandagesecond bandage
2424
erste Fasefirst phase
2525
zweite Fasesecond phase
2626
Dichtspaltsealing gap
3131
erstes Trägerteilfirst carrier part
3232
zweites Trägerteilsecond carrier part
3333
Schultershoulder
4141
erstes Trägerteilfirst carrier part
4242
Verstellringadjusting
4343
Vorsprunghead Start
4444
Ausnehmungrecess
5050
Umfangsnutcircumferential groove
5151
Taschebag
6060
Schraubverbindungscrew
6161
Außenhülseouter sleeve
6262
Innenhülseinner sleeve
6363
Innengewindeinner thread
6464
Außengewindeexternal thread
6565
Ausnehmungrecess
6666
Führungsflächeguide surface
6767
erste Ausnehmungfirst recess
6868
zweite Ausnehmungsecond recess
6969
Armpoor
7070
Stift zur PositionierungPin for positioning
7171
Federabstandspring distance
8080
erster Abstandfirst distance
100100
BohrspüleinrichtungBohrspüleinrichtung
101101
Bohrturmderrick
102102
stationäres Spülrohrstationary flushing pipe
103103
rotierendes Spülrohrrotating flushing pipe
104104
Bohrkopfwellhead
105105
Pumpepump
106106
Bohrlochwell
107107
Trenneinrichtungseparator
108108
erster Adapterfirst adapter
109109
zweiter Adaptersecond adapter
110, 111110, 111
Führungsarmeguide arms
112112
Zwischenraumgap
118118
Außenringouter ring
128128
Innenringinner ring
129129
Gewindethread

Claims (15)

Vormontierter Wechseleinsatz einer Bohrspüleinrichtung zum Verbinden eines stationären Spülrohrs mit einem rotierenden Spülrohr eines Bohrlochs, umfassend: - eine Gleitringdichtungsanordnung (2) mit einem stationären Gleitring (20) und einem rotierenden Gleitring (21), - einen ersten Gleitringträger (3), an welchem der stationäre Gleitring (20) angeordnet ist, - einen zweiten Gleitringträger (4), an welchem der rotierende Gleitring (21) angeordnet ist, - ein Anschlussbauteil (5), welches eingerichtet ist, den Wechseleinsatz an das stationäre Spülrohr anzubinden, und - einen in Axialrichtung (X-X) wirkenden Verstellmechanismus (6) mit einer Schraubverbindung (60) zur Änderung einer Axiallänge (L1, L2) des Wechseleinsatzes, - wobei die Schraubverbindung (60) mit dem zweiten Gleitringträger (4) verbunden ist, um in Axialrichtung (X-X) eine Verstellung des zweiten Gleitringträgers (4), der Gleitringdichtungsanordnung (2) und des ersten Gleitringträgers (3) relativ zum Anschlussbauteil (5) zu ermöglichen. A pre-assembled interchangeable insert of a drilling mud device for connecting a stationary mud tube to a rotating mud tube of a well, comprising: a mechanical seal assembly (2) having a stationary seal ring (20) and a rotating seal ring (21), a first slide ring carrier (3) on which the stationary slide ring (20) is arranged, a second slide ring carrier (4) on which the rotating slide ring (21) is arranged, a connection component (5) which is set up to connect the replacement insert to the stationary flushing pipe, and an adjusting mechanism (6) acting in the axial direction (XX) with a screw connection (60) for changing an axial length (L1, L2) of the interchangeable insert, - wherein the screw connection (60) is connected to the second sliding ring carrier (4) in the axial direction (XX) an adjustment of the second Gleitringträgers (4), the mechanical seal assembly (2) and the first Gleitringträgers (3) relative to the connection component (5) to enable. Wechseleinsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubverbindung (60) eine Außenhülse (61) mit einem Innengewinde (63) und eine Innenhülse (62) mit einem Außengewinde (64) umfasst.Interchangeable insert according to claim 1, characterized in that the screw connection (60) comprises an outer sleeve (61) with an internal thread (63) and an inner sleeve (62) with an external thread (64). Wechseleinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gleitringträger (4) wenigstens einen in Axialrichtung (X-X) vorstehenden Vorsprung (43) für eine Drehmomentübertragung vom rotierenden Spülrohr auf den zweiten Gleitringträger (4) umfasst.Interchangeable insert according to one of the preceding claims, characterized in that the second sliding ring carrier (4) comprises at least one projection (43) projecting in the axial direction (XX) for torque transmission from the rotating flushing pipe to the second sliding ring carrier (4). Wechseleinsatz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Gleitringträger (4) einen Ausrichtring (42) umfasst, um den zweiten Gleitringträger (4) in Umfangsrichtung auszurichten.Interchangeable insert according to claim 3, characterized in that the second Gleitringträger (4) comprises an alignment ring (42) to align the second Gleitringträger (4) in the circumferential direction. Wechseleinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussbauteil (5) eine Umfangsnut (50) für einen formschlüssigen Eingriff mit dem stationären Spülrohr aufweist.Interchangeable insert according to one of the preceding claims, characterized in that the connection component (5) has a circumferential groove (50) for a positive engagement with the stationary flushing pipe. Wechseleinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Transportsicherung mit wenigstens einem Federelement (7), welches vor einer Endmontage des vormontierten Wechseleinsatzes eine Vorspannung auf die Gleitringdichtungsanordnung (2) ausübt und im endmontierten Zustand der Wechseleinrichtung keine Vorspannung mehr auf die Gleitringdichtung (2) ausübt.Interchangeable insert according to one of the preceding claims, further comprising a transport lock with at least one spring element (7), which exerts a bias on the mechanical seal assembly (2) prior to a final assembly of the preassembled insert and no bias in the final assembled state of the changer on the mechanical seal (2) exercises. Wechseleinsatz nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportsicherung zwischen dem Anschlussbauteil (5) und dem ersten Gleitringträger (3) angeordnet ist.Interchangeable insert according to claim 6, characterized in that the transport lock between the connection member (5) and the first slide ring carrier (3) is arranged. Wechseleinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Gleitringträger (3) eine an dessen Innenumfang angeordnete Schulter (33) aufweist.Interchangeable insert according to one of the preceding claims, characterized in that the first sliding ring carrier (3) has a shoulder (33) arranged on its inner circumference. Wechseleinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der stationäre Gleitring (20) und/oder der rotierende Gleitring (21) an einem inneren Umfang eine Fase (24, 25) aufweist.Interchangeable insert according to one of the preceding claims, characterized in that the stationary slide ring (20) and / or the rotating slide ring (21) on an inner periphery a chamfer (24, 25). Wechseleinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülse (62) des Verstellmechanismus (6) an einer Innenseite eine Führungsfläche (66) für den rotierenden Gleitring (21) aufweist.Interchangeable insert according to one of the preceding claims, characterized in that the inner sleeve (62) of the adjusting mechanism (6) has on an inner side a guide surface (66) for the rotating sliding ring (21). Wechseleinsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstellmechanismus (6) eine Verdrehsicherung (16) umfasst, um eine Relativposition zwischen der Außenhülse (61) und der Innenhülse (62) zu fixieren.Interchangeable insert according to one of the preceding claims, characterized in that the adjusting mechanism (6) has an anti-twist device (16). includes, to fix a relative position between the outer sleeve (61) and the inner sleeve (62). Wechseleinsatz nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung (16) einen Schraubbolzen mit einem an einer Spitze des Schraubbolzens federbelasteten Rastelement (17) umfasst, welches in einer vormontierten Position in eine erste Ausnehmung (67) an der Aussenhülse (61) einrastet und in einer endmontierten Position in eine zweite Ausnehmung (68) an der Aussenhülse (61) einrastet.Interchangeable insert according to claim 11, characterized in that the anti-rotation device (16) comprises a bolt with a spring-loaded at a tip of the bolt locking element (17) which engages in a preassembled position in a first recess (67) on the outer sleeve (61) and engages in a final mounted position in a second recess (68) on the outer sleeve (61). Wechseleinsatz nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung (16) an einem mit der Innenhülse (62) verbundenen Arm (69) angeordnet ist, wobei die Außenhülse (61) zwischen dem Arm (69) und der Innenhülse (62) angeordnet ist.Interchangeable insert according to claim 11 or 12, characterized in that the anti-rotation device (16) is arranged on an arm (69) connected to the inner sleeve (62), wherein the outer sleeve (61) is arranged between the arm (69) and the inner sleeve (62). is arranged. Wechseleinsatz nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülse (62) eine Länge in Axialrichtung (X-X) aufweist, welche größer als eine Länge in Axialrichtung (X-X) der Außenhülse (61) ist.Interchangeable insert according to one of claims 2 to 13, characterized in that the inner sleeve (62) has a length in the axial direction (XX), which is greater than a length in the axial direction (XX) of the outer sleeve (61). Wechseleinsatz nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülse (62) einen in Axialrichtung (X-X) verlängerten Bereich aufweist, welcher zum Ansetzen eines Werkzeuges zur Verstellung der Schraubverbindung (60) eingerichtet ist.Interchangeable insert according to claim 14, characterized in that the inner sleeve (62) has an area which is elongated in the axial direction (XX) and which is set up for attaching a tool for adjusting the screw connection (60).
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